【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变压器设计与制造，尤其涉及一种低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法和系统。
技术介绍
1、大功率整流系统广泛应用于化工、冶金等高耗能工矿企业，该类系统具备大电流/高电压的特征。整流装备常以可靠性和经济性俱佳的电力二极管或晶闸管为核心器件，而电力电子器件的非线性特性给供电系统带来了不可忽视的谐波和无功问题，并引发了严重的电力设备运行效率低下的问题。
2、整流变压器损耗可以分类为，1)i2r损耗，主要受流经的电流大小影响；2)绕组涡流损耗，与谐波电流频率的平方成正比，可能引起绕组异常温升；3)铁芯与其他结构件的杂散损耗。因此，可以通过减小绕组内阻或电能质量治理来实现能效提升。
3、目前，应用谐波磁势自平衡原理，有学者提出了一种电力感应滤波方法来解决大功率整流系统的谐波抑制和运行能耗问题。申请号为202111333458.5的公开专利分析得出了四绕组感应滤波变压器的双重绕组阻抗匹配条件。针对电力感应滤波方法，如何在考虑感应滤波变压器的特殊绕组阻抗匹配条件的基础上，对变压器空间结构参数进行优化从而降低其运行能耗，是需要解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，有必要提供一种低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法和系统，用以解决现有技术的上述缺陷。
2、为了解决上述问题，第一方面，本专利技术提供一种低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，包括：
3、根据感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件，确定低损耗感应滤波变压器的结构
4、基于变压器结构参数和变压器损耗参数，建立感应滤波变压器运行效率与变压器结构参数的相关函数；
5、基于感应滤波变压器运行效率与变压器结构参数的相关函数，在低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围内求解感应滤波变压器的最高运行效率，得到感应滤波变压器最高运行效率对应的结构参数。
6、优选的，所述感应滤波变压器为三相四绕组结构，所述感应滤波变压器包括铁芯以及在所述铁芯一侧由近至远依次设置的第一低压负载绕组、第二低压负载绕组、滤波绕组和高压绕组。
7、优选的，所述感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件包括：
8、-x≤z213≤x，-y≤z214≤y (1)
9、式中，x和y为预先确定的绕组等效阻抗匹配范围；将高压绕组、滤波绕组、第一低压负载绕组和第二低压负载绕组依次编号为1、2、3、4；z213是编号2绕组、编号1绕组和编号3绕组的绕组等效阻抗，z214是编号2绕组、编号1绕组和编号4绕组的绕组等效阻抗；
10、其中，绕组等效阻抗与变压器短路阻抗的关系式为：
11、z213＝(zk12+zk23-zk13)/2，z214＝(zk12+zk24-zk14)/2 (2)
12、式中，x和y为预先确定的绕组等效阻抗匹配范围；zkab是编号a绕组和编号b绕组之间的短路阻抗。
13、优选的，所述根据感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件，确定低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围，具体包括：
14、建立变压器短路阻抗的表达式：
15、
16、式中，xkab是短路阻抗zkab的虚部；f是基波频率，i和n是高压绕组的额定电流和匝数；ρab是编号a绕组和编号b绕组间的洛氏系数；k是附加电抗系数；∑dab是编号a绕组和编号b绕组之间的漏磁面积，与变压器绕组尺寸参数有关；et是每匝线圈磁势；hab是绕组间的平均高度；
17、式(1)中洛氏系数ρab的表达式为：
18、
19、式(1)中漏磁面积∑dab的表达式为：
20、
21、感应滤波变压器的结构参数之间的关系式为：
22、
23、式中，r0是铁芯半径；r1、r2、r3、r4是绕组与铁芯的中心距；r34、r42、r21是气隙与铁芯的中心距；a1、a2、a3、a4是绕组厚度；将感应滤波变压器的铁芯编号为0，a03、a34、a42、a21是铁芯与绕组或绕组与绕组之间的绝缘距离；
24、根据式(1)～式(6)确定满足双重绕组等效阻抗匹配前提条件的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围。
25、优选的，所述感应滤波变压器的损耗参数包括空载损耗和负载损耗。
26、其中，所述空载损耗的表达式为：
27、p0＝kp·pc·(2azheγfe+4aem0γfe+3azh0γfe)
28、式中，p0是感应滤波变压器的空载损耗，kp是铁芯材料系数，pc是与铁轭和铁芯柱磁通密度有关的单位重量损耗，γfe是硅钢密度，m0是铁芯柱中心距；
29、其中，铁芯柱中心距m0的表达式为：
30、m0＝2×[r1+(a1+ap)/2]
31、式中，ap是每相绕组之间的绝缘距离；
32、所述负载损耗的表达式为：
33、
34、式中，pk是感应滤波变压器的负载损耗，ii是流经编号a绕组的电流，ra是编号a绕组的内阻，a∈[1，2，3，4]；
35、编号a绕组的内阻ra的表达式为：
36、
37、式中，la是编号a绕组的线圈长度，na是编号a绕组的匝数，aa是编号a绕组线圈的截面积，ρ是铜线在75℃时的电阻率。
38、优选的，所述感应滤波变压器运行效率与变压器结构参数的相关函数为：
39、
40、式中，η(a34,a42,a21)是变压器运行效率，sn是变压器额定容量；β是负载率；是负载功率因数。
41、第二方面，本专利技术还提供一种低损耗感应滤波变压器的结构参数设计系统，包括：
42、阻抗匹配模块，用于根据感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件，确定低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围；
43、相关函数建立模块，用于基于变压器结构参数和变压器损耗参数，建立感应滤波变压器运行效率与变压器结构参数的相关函数；
44、结构参数求解模块，用于基于感应滤波变压器运行效率与变压器结构参数的相关函数，在低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围内求解感应滤波变压器的最高运行效率，得到感应滤波变压器最高运行效率对应的结构参数。
45、采用上述实施例的有益效果是：本专利技术提供的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，根据感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件，确定低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围。建立感应滤波变压器运行效率与变压器结构参数的相关函数，在低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围内求解感应滤波变压器的最高运行效率，得到感应滤波变压器最高运行效率对应的结构参数。本专利技术通过对感应滤波变压器的结构参数的优化设计，实现在满足基本的感应滤波性能前提下搜索并确定变压器的最高运行效率，从而降低感应滤波变压器运行损耗。
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1.一种低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，所述感应滤波变压器为三相四绕组结构，所述感应滤波变压器包括铁芯以及在所述铁芯一侧由近至远依次设置的第一低压负载绕组、第二低压负载绕组、滤波绕组和高压绕组。
3.根据权利要求2所述的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，所述感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件包括：
4.根据权利要求3所述的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，所述根据感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件，确定低损耗感应滤波变压器的结构参数设计范围，具体包括：
5.根据权利要求4所述的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，所述感应滤波变压器的损耗参数包括空载损耗和负载损耗；
6.根据权利要求5所述的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，所述感应滤波变压器运行效率与变压器结构参数的相关函数为：
7.一种低损耗感应滤波变压器的结构参数设
...【技术特征摘要】
1.一种低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，所述感应滤波变压器为三相四绕组结构，所述感应滤波变压器包括铁芯以及在所述铁芯一侧由近至远依次设置的第一低压负载绕组、第二低压负载绕组、滤波绕组和高压绕组。
3.根据权利要求2所述的低损耗感应滤波变压器的结构参数设计方法，其特征在于，所述感应滤波变压器的双重绕组等效阻抗匹配前提条件包括：
4.根据权利要求3所述的低损耗感应滤波变压...
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